Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

электрокалориферный провод аппарат

Общий подъем сельскохозяйственного производства неразрывно связан с развитием его теплофикации. Около 20% всей тепловой энергии, потребляемой народным хозяйством страны, расходуется на нужды сельского хозяйства. Во всех возрастающих количествах потребляется она на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение производственных, жилых и общественных зданий, создание искусственного микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, сооружениях защищенного грунта, производство кормов для животных и птицы, сушку сельскохозяйственных продуктов, получение искусственного холода и на многие другие цели. Поэтому непрерывное совершенствование теплотехнического оборудования систем теплоснабжения и теплоиспользования оказывает большое влияние на дальнейшее развитие всех отраслей сельского хозяйства, перевод его промышленную основу. Основные производственные потребители теплоты в сельском хозяйстве - это животноводство и защищенный грунт.

Создание и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях, комплексов и ферм, на птицефабриках - один из определяющих факторов в обеспечении здоровья животных, птиц, их воспроизводительной способности и получения от них максимума продукции при высокой рентабельности производства. Это имеет также важное значение для продления срока службы конструкций зданий, улучшение эксплуатации технологического оборудования и условий труда обслуживающего персонала.

1. Определение требуемых параметров ЭТУ

Основными параметрами электрокалориферной установки, которые необходимо знать для её выбора или проектирования, являются расчетная мощность электрокалорифера Р, Вт, и объемная подача вентилятора установки Q_vt, м³/с.

Расчеты по определению этих параметров рекомендуется выполнять в следующем порядке.

Полезный тепловой поток, Вт, отопительных установок определяется из уравнения теплового баланса помещения:

Ф_п = Ф_о + Ф_в + Ф_исп - Ф_ж ,(1)

где Ф_о - тепловой поток через наружные ограждения помещения, Вт;

Ф_в - тепловой поток, теряемый с вентиляционным воздухом, Вт;

Ф_исп - тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей животноводческого помещения, Вт;

Ф_ж - тепловой поток, выделяемый животными, Вт.

Тепловой поток Ф_о в настоящей курсовой работе определяется приближенно по выражению [2]:

,(2)

где q_от - удельная отопительная характеристика помещения, Вт/м³*^оС;

V_о - удельный объем помещения, м³/гол;

N - количество животных, гол;

Т_в - температура внутреннего воздуха помещения, ^оС, требуемая по нормам технологического проектирования или по зоотребованиям;

Т_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^оС;

а - поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности температур на значение q_от;

(3)

Значения величин q_от, V_o, N и Т_н даны в исходных данных.

Значение Т_в можно принимать в зависимости от вида и возраста животных согласно [2, 3]. Т.к в данном помещении содержатся телята, то Т_в принимаем равным 15 ^оС. Рассчитываем а по формуле (3):

Из формулы (2) следует:

Вт

Определение теплоты, расходуемой на нагрев приточного воздуха.

,(4)

где Q_v - объемный расход вентиляционного воздуха, м³/с;

р_в - плотность воздуха при температуре Т_в, кг/м³;

с_р - удельная изобарная теплоемкость воздуха, равная 1000 Дж/кг*^оС.

Значение Q_v находят из расчета воздухообмена в помещении. Этот расчет проводят согласно [2, 3] по условиям удаления избытков влаги и углекислого газа, принимая затем для подстановки в формулу (4) наибольшее из двух полученных значений Q_v.

Объем приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле:

,(5)

где с - количество СО₂, выделяемое одним животным, л/с; N - число животных в помещении; с₁ - предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе помещения л/м³; с₂ - концентрация СО₂ в наружном воздухе в сельской местности (с₂ = 0,3…0,4 л/м³).

Из [3] определяем: с = 23 л/ч=0,006 л/с; с₁ = 2,5 л/м³

Отсюда по формуле (5):

Объем приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров, вычисляют по формуле:

,(6)

где W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/с; d_в и d_н - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг сух. воздуха; с - плотность воздуха при температуре помещения, кг/м³.

Значения d_в и d_н определяют при помощи Нd-диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха: d_н = 0,7г/кг; d_в = 6,2г/кг

Суммарные влаговыделения в помещении для животных подсчитывают по формуле:

W = W_ж + W_исп (7)

Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле:

W_ж = NW₀k_t,(8)

где W₀ - выделение водяных паров одним животным, кг/с; k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

Из [3] определяем: W₀ = 74 г/ч=2Ч10^-5 кг/с ; k_t = 1,24

Отсюда:

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.),

W_исп = оW_ж,(9)

где о - коэффициент, равный 0,1…0,25 для коровников и телятников.

Из формулы (7) следует:

Плотность воздуха при температуре помещения определяется по формуле:

(10)

где р - расчетное барометрическое давление в данном районе, кПа; 99,3 - расчетное барометрическое давление для Центрального района России, кПа. Для Челябинска р = 99,3 кПа.



Таким образом, из формулы (6):

Следовательно, для подстановки в формулу (4) принимаем значение Q_w, т.к. оно больше чем Q_CO2.

Определение расхода теплоты на испарение влаги.

,(11)

где 2,49Ч10³ - скрытая теплота испарения воды, кДж/кг.

Определение свободной теплоты, выделяемой животными.

,(12)

где q - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным; k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

Из [3] определяем: q=131 Вт; k_t=0,85

Следовательно полезный тепловой поток будет равен:

Расчетная мощность электрокалориферов в помещении

,(13)

где к_з - коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение питающего напряжения и старение нагревателей; к_з=1,05…1,1; з_эку - тепловой КПД, учитывающий потери от корпуса электрокалориферов и воздуховодов; з_эку=0,95…1,0; в - доля расчетной мощности, которая должна быть обеспечена от ЭКУ, %.

Расчетная мощность одного электрокалорифера,

,(14)

где n - число ЭКУ в помещении. Следует выбирать ЭКУ возможно большей единичной мощности, с тем чтобы число n было минимальным, но не менее двух (по условиям надежности). Выбираем n=2. Тогда:

Определение требуемой объемной подачи вентилятора ЭКУ

При определении требуемой объемной подачи вентилятора электрокалориферной установки Q_VT необходимо учитывать, что в животноводческом помещении обычно имеется просачивание (инфильтрация) воздуха через неплотности наружных ограждений (притворы окон, дверей, ворот). Общее количество инфильтрующегося воздуха можно ориентировочно принять равным 20% от Q_v. Тогда объемный расход воздуха, который должен обеспечиваться приточными вентиляторами, можно оценить как:

Q_v - 0,2ЧQ_v=0,8ЧQ_v

С учетом этого требуемая объемная подача вентилятора одной электрокалориферной установки равна:

(15)

2. Выбор стандартной ЭТУ

По рассчитанному значению Р выбираем электрокалориферную установку типа СФОЦ-25, у которого Q_VН=2500 м³/ч=0,69 м³/с [5, 6].

После выбора ЭКУ по мощности электрокалорифера следует проверить, способна ли эта установка обеспечить также и требуемый объемный расход воздуха Q_VT. Эту проверку выполняем по номинальной подаче воздуха Q_VН.

Q_VН=0,69?Q_VT=0,36

Таким образом ЭКУ способна обеспечить требуемый воздухообмен в помещении. Выход на требуемый режим осуществляется дросселированием ( с помощью заслонки).

Выбранную электрокалориферную установку проверим по температуре выходящего воздуха.

Фактическая температура воздуха, выходящего из калорифера, определяется по формуле:

,(16)

где Р_н - номинальная мощность электрокалорифера, Вт; Q_vф - фактический объемный расход воздуха через электрокалорифер, м³/с. Так как в данной работе Q_vф?Q_vт, то следует принять Q_vф=Q_vт=0,36 м³/с.

Предельно допустимая температура воздуха на выходе из установок типа СФОЦ составляет 50^°С.

Таким образом, соблюдается условие: Т_вых?50^°С.

Проверка ЭКУ по температуре поверхности оребрения ТЭНов

Выбранную электрокалориферную установку также необходимо проверить по температуре поверхности оребрения ТЭНов Т_пов. Значение Т_пов определяют для ТЭНа из последнего ( по ходу движения воздуха) ряда нагревателей, т. к. в этом ряду ТЭНы омываются наиболее нагретым воздухом и, следовательно, имеют наибольшую температуру поверхности.

Фактическая температура поверхности оребрения ТЭНа, находящегося в последнем ряду, определяется по формуле:

,(17)

где Р₁ - мощность одного ТЭНа, Вт (для электрокалориферов типа СФО-25 Р₁=2500 Вт); R_т - термическое сопротивление теплоотдаче от поверхности ТЭНа к омывающему его воздуху, ^°С/Вт;

,(18)

где А_р - площадь поверхности оребрения ТЭНа, м² (табл. 4) [3]; б - коэффициент теплоотдачи от поверхности ТЭНа к воздуху, Вт/(м²*^°С). Для оребренных ТЭНов при их шахматном расположении и поперечном обдувании воздухом:

,(19)

где л_в - теплопроводность воздуха, Вт/(м*^°С); Р_ч - число Прандтля; V - скорость потока воздуха в электрокалорифере, м/с; н - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с.

Геометрические параметры оребрения ТЭНа s_p, d_тр, h_p принимаются согласно табл. 4 [3].

s_p=3,5Ч10^-3 м; d_тр=15Ч10^-3 м; h_p=14Ч10^-3 м.

Теплофизические параметры воздуха л_в, Р_ч и н следует принимать для температуры Т_вых воздуха, выходящего из электрокалорифера (табл. 5) [3].

л_в=2,23Ч10^-2 Вт/мЧ^°С; Р_ч=0,719; н=11,6Ч10^-6 м²/с.

Скорость потока воздуха в электрокалорифере определяется по формуле:

,(20)

где А_ж - площадь живого сечения электрокалорифера, м².

Если пренебречь оребрением, то

,(21)

где l - высота окна электрокалорифера, м (табл.6) [3]; n₁ - число ТЭНов в одном вертикальном ряду (одной секции):

,(22)

где n₂ - число секций (вертикальных рядов ТЭНов) в электрокалорифере. Значения n₂ приведены в [5]. Параметры L_a и d_тр приведены в табл.4 [3].

n₂=3; L_a=480Ч10^-3 м; d_тр=15Ч10^-3 м

Т_пов Т_{пов.пред}

125,2 ⁰С < 180 ⁰С

3. Разработка нестандартной ЭТУ

Выбор вентилятора

Вентилятор подбирают по требуемым значениям давления Р и объемной подаче воздуха Q_vт

Выбираем вентилятор Ц4-70 №3 с _в=0,47

(23)

Необходимая мощность на валу электродвигателя:

,(24)

где p - необходимое давление вентилятора, Па;

_в - КПД вентилятора, принимаемый по его характеристики;

_пер - КПД передачи (при непосредственной посадке колеса вентилятора на вал электродвигателя _пер = 1, для клиноременной передачи _пер = 0,95)

Установленная мощность электродвигателя:

,(25)

где К_З - коэффициент запаса мощности [2,c.130]

Выбираем электродвигатель марки 4А71В4У3 с Р = 0,75 кВт [9,c.179]

Проектирование электрокалорифера.

Мощность одной секции электрокалорифера

(26)

Мощность одного ТЭНа

(27)

Конструктивный расчет ТЭНа

Исходные данные для расчета

а) питающее напряжение U = 220 В;

б) мощность ТЭНа Р₁;

в) материал проволоки - нихром X20H80 - H;

г) наружный диаметр трубки оболочки после опрессовки

1. Диаметр, м, проволоки:

(28)

где - удельное электрическое сопротивление материала проволоки при рабочей температуре, [1,c.31]

P^Р_А - удельная поверхностная мощность спирали, [1,c.24]

Полученное значение d округляют до ближайшего большего стандартного значения: d = 0,5 мм.

2. Электрическое сопротивление, Ом, спирали ТЭНа при рабочей температуре

(29)

Электрическое сопротивление, Ом, спирали ТЭНа при t = 20 ^оС

(30)

где K_T - поправочный коэффициент, учитывающий изменения электрического сопротивления материала в зависимости от температуры [1,c.31]

4. Электрическое сопротивление, Ом, спирали до опрессовки ТЭНа

,(31)

где д_R - коэффициент, учитывающий изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки [1,c.32]

Длина проволоки в рабочей части ТЭНа

(32)

Навивка проволочной спирали на стержень диаметром

(33)

Средний диаметр витка спирали

(34)

Длина одного витка спирали до опрессовки

,(35)

где 1,07 - коэффициент, учитывающий увеличение на 7% среднего диаметра витка проволоки

Активное число витков

(36)

Длина активной части трубки ТЭНа после опрессовки

(37)

где d_об.нар - наружный диаметр трубы оболочки, м [1,c.24]

Р^?_А - удельная поверхностная мощность на трубке, оболочки ТЭНа, [1,c.33]

Длина активной части трубки оболочки ТЭНа до опрессовки

,(38)

где = 1,15 - коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки методом обсадки

Расстояние между витками спирали

(39)

Потребная длина проволоки для изготовления спирали ТЭНа с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 20 витков спирали на конец стержня

(40)

Полная длина трубки ТЭНа

,(41)

где L_п - длина пассивного конца трубки (L_п = 0,05 м)

Проверочный расчет ТЭНа

Цель проверочного расчета: определить температуру спирали Т_с и сравнить ее с максимально допустимой рабочей температурой материала спирали Т_доп

1. Мощность ТЭНа на первом этапе расчета принимают равной Р₁

2. Термическое сопротивление, , трубки оболочки Тэна

, (42)

где d_об.вн - внутренний диаметр трубы оболочки ТЭНа, м;

_ст - теплопроводность стали, [1,c.34]

, (43)

где _ст - толщина стенки трубки оболочки после опрессовки, м [1,c.34]

3. Термическое сопротивление, , наполнителя (периклаза)

, (44)

где _н - теплопроводность наполнителя (периклаза), ;

K_с - коэффициент, учитывающий различие условий теплообмена в реальной конструкции нагревателя и в эквивалентной составной трубе;

d_с.нар - наружный диаметр спирали, м.

(45)

(46)

,(47)

где П - пористость периклаза в готовом ТЭНе, %;

Т_П - средняя температура периклаза, ⁰С.

(48)

где ₁ - плотность периклаза после опрессовки, ;

₀ = 3570 - плотность периклаза с нулевой пористостью.

(49)

3. Температура, ⁰С, спирали ТЭНа

, (50)

где Т_пов.об - температура наружной поверхности оболочки ТЭНа, ⁰С

(51)

5. Уточняющий расчет

Удельное электрическое сопротивление материала проволоки при рабочей температуре

,(52)

где К_Т - поправочный коэффициент [1,c.31]

Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при рабочей температуре

(53)

_R = 1,3 [1,c.36]

Мощность ТЭНа при рабочей температуре

(54)

Температура, ⁰С, спирали ТЭНа

Проверка по Т_доп

Т_с Т_доп

Т_доп = 1000 ⁰С

420 ⁰С < 1000 ⁰С

6.Разработка принципиальной электрической схемы управления ЭКУ

Схема должна обеспечивать:

1) Защиту секций электрокалорифера, электродвигателя вентилятора, схему от токов короткого замыкания.

2) Защиту двигателя вентилятора от перегрузки

3) Ручное и автоматическое регулирование мощности электрокалорифера для поддержания температуры воздуха в отопительном помещении.

4) Блокировку, исключающую подачу напряжения на секции электрокалорифера при включенном двигателе вентилятора.

5) Отключение электрокалорифера при повышении температуры на поверхности ТЭНов выше 180^оС.

6)Световую сигнализацию о подаче напряжения сети на схему управления; о включении двигателя вентилятора и секции калорифера.

7) Усовершенствование схемы: замена ступенчатого регулирования мощности электрокалорифера плавным регулированием за счет изменения напряжения, подаваемого на ТЭНы, с помощью тиристорного регулятора.

Схема работы управления.

Автоматический режим установки обеспечивается переключателем SA1. Когда в помещении температура выше нормы контакты SK2 и SK3 датчиков температур ДТКБ-53Т разомкнуты и ступени электронагревателей отключены. Рукоятка переключателя SA1 должна стоять в правом положении. При понижении температуры Т_внутр контакт SK2 замкнется и включится первая ступень блока электронагревателей. В случае дальнейшего снижения Т_внутр замкнется контакт SK3 и включится вторая ступень блока электронагревателей. Отключение ступеней происходит в обратном порядке.

В ручном режиме:

Переключатель SA1 переводится в левое положение, тогда переключателем SA2 можно включить первую ступень, а затем вторую ступень нагревателей.

В случае аварийного режима при перегреве ТЭНов срабатывает датчик температуры ТР-200 (контакты SK1), который отключает реле KL. Он своими контактами обесточивает КМ1 и КМ2. Кроме отключения нагревателей реле KL своими контактами включает красную сигнальную лампу HL4.

Выбор силовых проводов, аппаратуры управления и защиты

Выбор проводов и кабелей сводится к выбору их сечения по условию допустимого нагрева провода и по условию его механической прочности.

Таблица допустимых длительных токов для различных проводов и кабелей в зависимости от их сечения и условия прокладки приведены в ПУЭ, справочниках и учебниках.

Определяют расчетный ток для одной секции электрокалорифера.

(55)

Расчетный ток электродвигателя вентилятора:

(56)

Пусковой ток двигателя: I_п=I_н*к=2,17*4,5=9,8 А

Расчетный ток магистрали, питающей ЭКУ и электродвигатель:

_м=2*I_с+2*I_дв=2*9,35+2*2,17=23 А

Суммарная передаваемая мощность:

Р=3*U_ном*I_ном=1,73*380*23=15138 Вт

Для электродвигателя выбираем автоматический выключатель:

ВА 57Г-25-34 I_н=25 А; U_ном=380 В; I_тр=5 А

Выбираем провод АПРТО 4x2,5 и АПРТО 3x2.5

Провод с алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией с оплеткой пропитанной противогнилостным составом.

Для каждой секции ЭКУ выбираем магнитный пускатель.

- ПМЛ-411004

I_н=25 А; U_н=220 В

- Предохранитель ПП57-3427

I_пв=15 А (условие I_пв>I_c=9,35 А); U_ном=500 В

Магистральный провод АПРТО 4x4

Рубильник Р21: U_ном=380 В; I_ном=100 А

7. Эксплуатация ЭКУ, операция технического обслуживания

В процессе эксплуатации электрокалориферных установок необходимо регулярно наблюдать за их работой и вести запись в специальном журнале всех возникающих в процессе работы неисправностей, а также всех выполненных профилактических и ремонтных работ.

Следует установить наименьший срок, спустя который необходимо очищать сжатым воздухом оребренные трубчатые электронагреватели от загрязнений, ухудшающих теплоотдачу оребрение и увеличивающих температуру на его поверхности.

Ежемесячно надо проводить профилактический осмотр станций управления, электрокалорифера, питающей проводки, заземляющих проводников и соединений.

8. Техника безопасности

К эксплуатации электрокалориферных установок допускается персонал, прошедший инструктаж и знающий правила техники безопасности при работе на электрофицированных сельскохозяйственных машинах.

Все работы по техническому обслуживанию выполняют при отключенной токопроводящей сети. На рукоятке рубильника должен быть вывесен запрещающий плакат «Не включать - работают люди».

Не разрешается работа установки при неисправности какого-либо узла без защитных предохранителей и ограждающих устройств на токоведущих и вращающихся частях.

Должны быть сделаны надписи, запрещающие открывать коробку выводов электрокалорифера, электродвигателя и станции управления во включенном состоянии под напряжением.

Температура кожуха установки во время работы не должна превышать +50^оС при температуре окружающего воздуха +20^оС.

Перед включением установки после длительного перегрева необходимо проверить состояние электрической изоляции каждого трубчатого электронагревателя мегомметром на 1000 В, т.к. под влиянием высокой влажности воздуха и нарушении герметизации выводов нагревателей сопротивление изоляции может оказаться ниже допустимого.

Минимальное сопротивление изоляции ТЭНов 1МОм.

Список используемой литературы

1. Методические указания.

2. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. - 3-е изд. - М.: Агропромиздат 1986г. - 238 с.

3. Электрическое оборудование для сельскохозяйственного производства / А.Б. Каган, В.Г. Кауфман, М.Г. Пронько, Г.Д. Яневский. - М.: Энергия, 1980 г. - 192 с.

4. Мартыненко И.И., Тищенко Л.П. Курсовое и дипломное проектирование по комплексной электрофикации и автоматизации. - М.: Колос, 1978 г. - 2

Размещено на Allbest.ru

...